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우주 패권의 시대, 4차원의 우주이야기 - 별다른 시각의 별볼일 있는 우주이야기
이철환 지음 / 새빛 / 2022년 10월
평점 :























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[4차원의 우주 이야기 / 새빛 / 이철환]
별
. 별은 영원에 비유되기도 하며, 항상 밤하늘에 존재한다. 하지만 이런 영원의 상징인 별에게도 탄생과 죽음이 있다.
별의 진화
. 별은 중심부의 지속적인 수축과정과 그로 인한 원소의 핵융합 과정을 통해 끊임없이 진화해 나간다. 단지 우리는 그 변화를 느끼지 못하는 것일 뿐이다.
별의 평생
. 우리가 평생을 지내는 시간이 별이 평생을 지내는 시간에 비하면 극히 짧은 시간이기 때문에 우리는 그 변화를 느끼지 못한다.
우주 공간
. 우주 공간은 무수한 티끌과 먼지, 가스 등의 성간 물질로 가득 차 있다. 그리고 하늘의 구름처럼 이 티끌과 가스가 덩어리져 뭉쳐 있는 상태들인 성운도 존재한다.
별의 탄생
. 별은 성간물질 내에서도 밀도가 높은 부분인 성운에서 탄생한다. 즉 성간물질이 있는 모든 곳에서 별이 탄생하는 것은 아니라는 것이다. 별은 성간물질의 밀도가 높고, 온도가 상대적으로 낮은 곳에서 태어난다고 알려져 있다.
성운 속에서의 작용
. 성간물질의 덩어리인 성운 속에서 주변보다 밀도가 높은 부분이 생기면, 이 부분은 주변의 물질을 끌어당기면서 덩치가 계속 커진다. 이렇게 커진 덩어리는 마침내 자기 자신의 중력에 의해 수축되기 시작한다.
원시성의 탄생
. 수축과정에서 덩어리의 중심은 압력과 온도가 점점 높아지게 되고 마침내 밀도와 온도가 아주 높은 작은 구가 형성되는데, 이것이 원시성이다.
별의 중력과 압력
. 별은 중력과 압력이 작용한다. 성간물질이 균일하게 분포하지 않기 때문에 밀도가 더 큰 구름은 주위의 물질을 끌어당겨 별의 중심부를 형성한다. 별의 내부는 중심으로 갈수록 자체 중역에 의해 수축하려고 작용한다. 그리고 중력과의 균형을 이루기 위해 중심으로 갈수록 압력이 계속 높아지게 되며, 밀도와 온도 또한 증가한다.
별의 평형상태
. 별은 중심부 온도가 10만K가 되면 내부의 압력이 중력과 같아져서 수축이 정지되는 평형상태에 도달한다. 이 역학적 평형상태를 이루기 전까지 중력 수축하는 별의 단계가 원시성인 것이다. 이 단계에서는 빛과 에너지 방출이 핵반응이 아닌 중력수축으로 이뤄진다.
전주계열성
. 원시별의 중력수축에 의해 중심부가 아주 밀집되고 온도가 높아져서 1천만K에 이르면 수소 핵융합반응이 일어날 수 있게 된다. 이때부터는 별이 증력수축을 멈추는 수소 핵융합반응에 의해 에너지를 내게 되는데, 이를 주계열성이라 부른다. 그리고 원시성으로부터 주계열성 사이 단계의 별을 전주계열성이라고 한다.
별이 태어나는 곳
우주에서 별이 태어나는 곳은 수소가 많이 모여 있는 곳이다. 수증기가 모여서 구름이 되고 구름 속에서 빗방울이 만들어지는 것처럼 우주에서는 별 구름 속에서 수소가 모여 별이 된다.
수소와 별의 탄생
. 우주 속에서 수소가 모이는 이유는 중력 때문이다. 수소가 많이 모일수록 중력은 더 커진다. 원시성은 태어날 때부터 가벼운 수소 기체를 아주 많이 가지고 있는데, 이 수소가 모여 중심부의 온도가 1천만K에 이르면 수소들이 타면서 별이 만들어진다. 이처럼 별이 만들어지는 온도는 1천만K인 것이다.
핵융합
. 작은 핵이 모여서 더 큰 핵으로 합쳐지는 것을 핵융합이라고 한다. 그리고 별이 팽창하는 과정은 수소의 핵이 모여서 수소보다 무거운 헬륨이 되는 과정이다. 이 가정이 다름 아닌 수소 핵융합반응이다.
수소 핵융합반응
. 수소 핵융합반응에 의해 4개의 수소 원자핵이 융합해 하나의 헬륨 원자핵이 되는데, 이 과정에서 엄청난 빛과 열을 방출하는 에너지원이 형성된다. 바꾸어 말하면 별의 형성은 수소폭탄이 폭발하는 과정이며, 별은 거대한 수소폭탄이 셈이다.
주계열성
. 별은 내부에서 발생한 열에 의한 압력과 자체 중력이 균형을 이루는 동안에는 안정적인 상태를 유지한 채 수소 핵융합반응 과정을 거치면서 빛과 열을 방출한다. 별은 일생의 80% 이상을 이 시기를 보내기 때문에 주계열성을 가장 많이 볼 수 있다.
주계열성 이후의 팽창
. 주계열성 단계 이후 중심핵에서는 수소 핵융합이 더 이상 일어나지 못하지만, 핵 주변 껍질 부분에서는 수소 핵융합이 일어나면서 방출된 에너지로 별의 외부 층이 팽창하기 시작한다.
거성으로 발달
. 핵융합이 정지된 중심부의 헬륨 핵이 중력 수축하면서 방출된 열은 껍질층의 수소 핵융합을 더욱 가속시킨다. 그 결과 덩치가 큰 거성으로 변모하게 된다.
거성단계
. 거성단계의 에너지원은 헬륨 핵반응인데, 이는 온도가 1억K 이상인 적색거성의 중심부에서 헬륨 원자핵 3개가 탄소 원자핵 1개를 만드는 반응을 뜻한다.
적색거성
. 외부 팽창으로 별의 크기는 더욱 커지고 열에너지가 별 표면까지 충분히 전달되지 못해서 표면 온도는 감소하게 된다. 그 결과 별이 붉은 색으로 보이는데 이 단계를 적색거성이라고 한다. 이후 점차 백색왜성과 흑색왜성의 단계를 거치면서 별의 일생을 마치게 된다.
별의 진화
. 별의 진화에 가장 큰 영향을 미치는 것은 태어날 때 별의 질량이다. 질량에 따라 별의 일생은 크게 달라지고, 마지막의 모습 또한 다르다. 아주 무거운 별들은 상대적으로 주계열에 오래 머무르지 않고 금방 진화해 버린다. 이는 짧은 시간 내에 엄청난 에너지를 발산하기 때문이다.
질량이 가벼운 별
. 상대적으로 가벼운 별일수록 약하게 에너지를 오래 내기 때에 일생이 길다. 다시 말해 질량이 작은 별은 쓸수 있는 에너지를 작게 가지고 태어나지만, 단위 시간당 빛으로 내보내는 에너지가 훨씬 적에 오랫동안 스스로를 밝힐 수 있다.
별과 소행성
. 별은 일정한 수준 이상의 질량을 가지고 있어야 한다. 이것은 행성이 별과 분리되는 것과 같다. 질량이 충분하지 못하다면 수소로 이루어진 내부 핵이 융합할 정도의 온도를 가지지 못해 별이 되지 못한다. 별이 되지 못한 천체는 행성이나 소행성과 같은 천제가 될 뿐이다.